STAR,CCM+使用技巧(续1)
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收稿日期:2010,08,24 1 如何通过Sim模板缩短从导入模型到执行计算过程的
工作时间?对于几何模型不同但边界条件、计算条件甚至网格尺寸范围相同的算例,star,ccm+可将已计算过的sim文件作为新模型的计算模板,大大节省流程中网格尺寸调试、边界条件和计算条件等设定所花费的工时.
图1为模板应用方法实例.计算模型为长方体Box,边界名称分别为壁面、入口和出口,有1套网格模型物理模型及参数,同时有设定好的计算条件和数据报告等.新的几何模型为某分离器,几何形状差异较大,但基本边界相同,可分为壁面、入口和出口.网格尺度、物理模型、计算参数以及条件都可沿用Box设定.
图 1 模板应用方法实例
以Box的设定作为分离器计算的模板,具体操作步骤如下:(1)将已经分析过的sim文件除几何模型外的所有设定作为模板.右键删除Representations下除Geometry外的所有已存网格(Import,Remeshed Surface和Volume Mesh等),保留包括边界在内的其他所有设置,如壁面、入口、出口及其他各项参数等.(2)点击Import Surface Mesh按钮,导入新分析对象的CAD模型,在跳出的对话框中Import Mode选项下选择Create New Part,创建新的Part,点击OK确认.(3)在GeometryPart下找到对应的几何体(如名为PIPING的几何体),在其子节点SurfacesFaces上点右键选择Split By Patch,用Patch方法对其几何表面作边界分割.用户可在编辑界面中选择要分割的表面或在Patch列表中选择表面对应的Patch编号,点击Create进行分割(如PIPING几何体表面分为Faces 1,Faces 2和Faces 3等).(4)将已分割好的几何体表面与区域中的边界进行关联,即在Regions下对应的区域(如区域名称为Body 1)属性中Parts项下选择对应的几何体(即PIPING),在区域内各Boundary的属性中Part Surfaces项下选择对应的几何体表面,对应关系见图2.(5)保留其他设定(可根据需要改动).(6)重新生成网格并进行计算.
图 2 几何表面与物理边界关联关系
2 如何生成合理的薄壁网格?在很多问题中常会遇到薄壁几何的情况,图3为流体区域中存在固体薄壁的情况示意.
图 3 流体区域中存在固体薄壁的情况示意
对于存在薄壁的区域,为满足薄壁厚度方向上流动或传热的计算要求,必须指定一定层数的网格以反映该方向上速度或温度等其他物理量的梯度变化,同时在非厚度方向的网格尺寸可根据具体问题设定为较大的值,保证整体网格数量不至于过多.由图3可知,厚度方向指定2层网格,非厚度方向的网格尺寸远大于厚度,既保证厚度方向传热计算的要求,又保证整体网格数量很少.用STAR,CCM+自带的Thin Mesher工具可方便地达到上述目的.
在网格连续体中选择Thin Mesher工具,用户可指定相关参数控制薄壁厚度及厚度方向的网格层数.以某螺旋桨模型为例,叶片为薄壁,对该模型的流固区域同时生成网格,方法如下:(1)导入CAD文件,以Split by Surface Topology方法自动将流固分为2个区域,在网格连续体Mesh 1的属性中勾选Per,Region Meshing;(2)在Mesh 1Models中右键选择体网格模型Thin Mesher;(3)在Thin Mesher的属性中勾选Customize Thickness Threshold,用户就可在Reference Values中定义薄壁厚度和网格层数;(4)在Reference ValuesThin Mesher Layer属性中指定厚度方向上体网格的层数(如3层),在Thin Solid Thickness节点下指定薄壁厚度范围,凡小于该值的区域厚度都被作为薄壁.
如果希望2区域网格连续且保证厚度方向有一定数量层数的网格,可不做层状网格,只需在选择网格模型时选择Polyhedral/Tetrahedral+Embedded Thin Mesher即可实现.图4为使用薄壁网格工具生成的体网格形态,图4(a)为通过上述方法得到的层状网格,叶片厚度方向为3层网格;图4(b)为网格连续的情况下生成3层网格的形态.
(a)层状网格(b)网格连续的薄壁网格图 4 使用薄壁网格工具生成的体网格形态
对于单区域的模型,可省略步骤(1)进行处理.图5为单区域薄壁网格示意图.流体通道一端入口径向厚度很薄,沿轴向其壁厚逐渐增大,较薄的一段被划为5层网格以符合计算要求.
图 5 单区域薄壁网格,mm
(待续)